hiroya taura / Mbed 2 deprecated LAURUS_program

MPU6050のサンプルプログラム２

Dependencies:   ConfigFile SDFileSystem mbed

Fork of LAURUS_program by LAURUS

main.cpp@30:fb310564097b, 2015-07-05 (annotated)

Committer:
ojan
Date:
Sun Jul 05 00:13:06 2015 +0000
Revision:
30:fb310564097b
Parent:
29:59f4808e2eb6
Child:
31:2f88240999fe
LAURUS_Program_v2.6.1

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
ojan 0:bc6f14fc60c7 1 #include "mbed.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 2 #include "MPU6050.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 3 #include "HMC5883L.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 4 #include "LPS25H.h"
ojan 1:6cd6d2760856 5 #include "GMS6_CR6.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 6 #include "Vector.h"
ojan 3:5358a691a100 7 #include "Matrix.h"
ojan 3:5358a691a100 8 #include "Vector_Matrix_operator.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 9 #include "myConstants.h"
onaka 7:0ec343d29641 10 #include "SDFileSystem.h"
onaka 7:0ec343d29641 11 #include "BufferedSerial.h"
onaka 7:0ec343d29641 12 #include "ConfigFile.h"
ojan 0:bc6f14fc60c7 13
ojan 14:f85cb5340cb8 14 /****************************** private define ******************************/
ojan 27:a26ff85bba23 15 //#define RULE1
ojan 15:d14d385d37e2 16 //#define RULE2
ojan 15:d14d385d37e2 17 //#define RULE3
ojan 29:59f4808e2eb6 18 //#define RULE4
ojan 24:8838be99cec3 19 //#define SERVO_DEBUG
ojan 27:a26ff85bba23 20 #define DIRECTION_DEBUG
ojan 29:59f4808e2eb6 21 //#define SPIRAL_DEBUG
ojan 25:4c72d7420d8a 22
ojan 24:8838be99cec3 23 #ifdef DIRECTION_DEBUG
ojan 29:59f4808e2eb6 24 const float TargetDirection = -90.0f; // 真東に飛ぶ
ojan 24:8838be99cec3 25 #endif
ojan 14:f85cb5340cb8 26 const float dt = 0.01f; // 割り込み周期(s)
ojan 21:d417708e84a8 27 const float ServoMax = 0.0046f; // サーボの最大パルス長(s)
ojan 21:d417708e84a8 28 const float ServoMin = 0.0012f; // サーボの最小パルス長(s)
ojan 30:fb310564097b 29 const float Stabilize = 0; // 滑空安定時の引っ張り量
ojan 30:fb310564097b 30 const float Turn = 20; // 旋回時の引っ張り量
ojan 21:d417708e84a8 31 const float PullMax = 25; // 引っ張れる紐の最大量(mm)
ojan 14:f85cb5340cb8 32 const float BorderSpiral = 40.0f; // スパイラル検知角度
ojan 14:f85cb5340cb8 33 const short BorderOpt = 30000; // 光センサーの閾値
ojan 14:f85cb5340cb8 34 const float BorderGravity = 0.3f; // 無重力状態の閾値
ojan 14:f85cb5340cb8 35 const int BorderParafoil = 0; // 物理スイッチのOFF出力
ojan 14:f85cb5340cb8 36 const int MaxCount = 3; // 投下シグナルを何回連続で検知したら投下と判断するか（×0.2[s]）
ojan 14:f85cb5340cb8 37 const int WaitTime = 1; // 投下後、安定するまで何秒滑空するか
ojan 15:d14d385d37e2 38 const float Alpha = 30.0f; // 目標方向と自分の進行方向との差の閾値(deg)（制御則1&2&3の定数
ojan 15:d14d385d37e2 39 const float Beta = 60.0f; // 目標方向と自分の進行方向との間に取るべき角度差(deg)（制御則3の定数
ojan 29:59f4808e2eb6 40 const float BorderDistance = 5.0f; // 落下制御に入るための目標値との距離の閾値(m)（制御則2の定数
ojan 29:59f4808e2eb6 41 const float BorderHeight = 10.0f; // 制御則3と2を切り替える高度の閾値(m)
ojan 1:6cd6d2760856 42
ojan 25:4c72d7420d8a 43 enum Direction {LEFT, RIGHT, NEUTRAL};
ojan 25:4c72d7420d8a 44
ojan 14:f85cb5340cb8 45 /****************************** private macro ******************************/
ojan 14:f85cb5340cb8 46 /****************************** private typedef ******************************/
ojan 14:f85cb5340cb8 47 /****************************** private variables ******************************/
ojan 10:8ee11e412ad7 48 DigitalOut myled(LED1); // デバッグ用LEDのためのデジタル出力
ojan 10:8ee11e412ad7 49 I2C i2c(PB_9, PB_8); // I2Cポート
ojan 10:8ee11e412ad7 50 MPU6050 mpu(&i2c); // 加速度・角速度センサ
ojan 10:8ee11e412ad7 51 HMC5883L hmc(&i2c); // 地磁気センサ
ojan 10:8ee11e412ad7 52 LPS25H lps(&i2c); // 気圧センサ
ojan 10:8ee11e412ad7 53 Serial gps(PA_11, PA_12); // GPS通信用シリアルポート
ojan 10:8ee11e412ad7 54 Serial pc(SERIAL_TX, SERIAL_RX); // PC通信用シリアルポート
ojan 10:8ee11e412ad7 55 GMS6_CR6 gms(&gps, &pc); // GPS
onaka 7:0ec343d29641 56 SDFileSystem sd(PB_5, PB_4, PB_3, PB_10, "sd"); // microSD
ojan 19:ad8ff2de68f5 57 FILE * fp; // ログファイルのポインタ
onaka 28:d993f3bbe302 58 BufferedSerial xbee(PA_9, PA_10, PC_1, 256, 16); // Xbee
ojan 14:f85cb5340cb8 59 ConfigFile cfg; // ConfigFile
ojan 27:a26ff85bba23 60 PwmOut servoL(PB_6), servoR(PC_7); // サーボ用PWM出力
ojan 14:f85cb5340cb8 61 AnalogIn optSensor(PC_0); // 照度センサ用アナログ入力
ojan 23:79cdc1432160 62 AnalogIn servoVcc(PA_1); // バッテリー電圧監視用アナログ入力(サーボ用)
ojan 23:79cdc1432160 63 AnalogIn logicVcc(PA_0); // バッテリー電圧監視用アナログ入力(ロジック用)
ojan 14:f85cb5340cb8 64 DigitalIn paraSensor(PB_0); // パラフォイルに繋がる（予定）の物理スイッチ
ojan 20:00afba164688 65 Ticker ticker; // 割り込みタイマー
ojan 14:f85cb5340cb8 66 Timer timer; // 時間計測用タイマー
ojan 25:4c72d7420d8a 67 Direction dir = NEUTRAL; // 旋回方向
ojan 0:bc6f14fc60c7 68
ojan 14:f85cb5340cb8 69 int lps_cnt = 0; // 気圧センサ読み取りカウント
ojan 25:4c72d7420d8a 70 bool INT_flag = true; // 割り込み可否フラグ
ojan 17:03b45055ca05 71 /* こちらの変数群はメインループでは参照しない */
ojan 14:f85cb5340cb8 72 Vector raw_acc(3); // 加速度(m/s^2) 生
ojan 14:f85cb5340cb8 73 Vector raw_gyro(3); // 角速度(deg/s) 生
ojan 14:f85cb5340cb8 74 Vector raw_geomag(3); // 地磁気(?) 生
ojan 14:f85cb5340cb8 75 float raw_press; // 気圧(hPa) 生
ojan 23:79cdc1432160 76 float raw_temp; // 温度(℃)　生
ojan 17:03b45055ca05 77 /* メインループ内ではこちらを参照する */
ojan 14:f85cb5340cb8 78 Vector acc(3); // 加速度(m/s^2)
ojan 14:f85cb5340cb8 79 Vector gyro(3); // 角速度(deg/s)
ojan 14:f85cb5340cb8 80 Vector geomag(3); // 地磁気(?)
ojan 24:8838be99cec3 81 float p0; // 気圧の初期値
ojan 14:f85cb5340cb8 82 float press; // 気圧(hPa)
ojan 23:79cdc1432160 83 float temp; // 温度(℃)
ojan 24:8838be99cec3 84 float height; // 高さ(m)
ojan 1:6cd6d2760856 85
ojan 14:f85cb5340cb8 86 Vector raw_g(3); // 重力ベクトル 生
ojan 14:f85cb5340cb8 87 Vector g(3); // 重力ベクトル
ojan 14:f85cb5340cb8 88 Vector target_p(2); // 目標情報（経度、緯度）（rad）
ojan 25:4c72d7420d8a 89 Vector p(2); // 現在の位置情報(補完含む)(経度, 緯度)（rad）
ojan 25:4c72d7420d8a 90 Vector new_p(2); // 最新の位置情報(経度, 緯度)（rad）
ojan 14:f85cb5340cb8 91 Vector pre_p(2); // 過去の位置情報(経度, 緯度)（rad）
ojan 14:f85cb5340cb8 92 int UTC_t = 0; // UTC時刻
ojan 14:f85cb5340cb8 93 int pre_UTC_t = 0; // 前のUTC時刻
ojan 30:fb310564097b 94 int ss = 0; // 時刻の秒数の小数部分
ojan 8:602865d8fca3 95
ojan 14:f85cb5340cb8 96 Vector b_f(3); // 機体座標に固定された、機体前方向きのベクトル（x軸）
ojan 14:f85cb5340cb8 97 Vector b_u(3); // 機体座標に固定された、機体上方向きのベクトル（z軸）
ojan 14:f85cb5340cb8 98 Vector b_l(3); // 機体座標に固定された、機体左方向きのベクトル（y軸）
ojan 9:6d4578dcc1ed 99
ojan 14:f85cb5340cb8 100 Vector r_f(3); // 世界座標に固定された、北向きのベクトル（X軸）
ojan 14:f85cb5340cb8 101 Vector r_u(3); // 世界座標に固定された、上向きのベクトル（Z軸）
ojan 14:f85cb5340cb8 102 Vector r_l(3); // 世界座標に固定された、西向きのベクトル（Y軸）
ojan 14:f85cb5340cb8 103
ojan 14:f85cb5340cb8 104 int pull_L = 0; // 左サーボの引っ張り量(mm：0~PullMax)
ojan 14:f85cb5340cb8 105 int pull_R = 0; // 右サーボの引っ張り量(mm：0~PullMax)
ojan 9:6d4578dcc1ed 106
ojan 14:f85cb5340cb8 107 float yaw = 0.0f; // 本体のヨー角（deg）z軸周り
ojan 14:f85cb5340cb8 108 float pitch = 0.0f; // 本体のピッチ角（deg）y軸周り
ojan 14:f85cb5340cb8 109 float roll = 0.0f; // 本体のロール角（deg）x軸周り
ojan 9:6d4578dcc1ed 110
ojan 14:f85cb5340cb8 111 float vrt_acc = 0.0f; // 鉛直方向の加速度成分（落下検知に使用）
ojan 13:df1e8a650185 112
ojan 14:f85cb5340cb8 113 int step = 0; // シーケンス制御のステップ
ojan 20:00afba164688 114 char data[512] = {}; // 送信データ用配
ojan 20:00afba164688 115 int loopTime = 0; // 1ループに掛かる時間（デバッグ用
ojan 25:4c72d7420d8a 116 float sv = 0.0f; // サーボ電源電圧
ojan 25:4c72d7420d8a 117 float lv = 0.0f; // ロジック電源電圧
ojan 3:5358a691a100 118
onaka 7:0ec343d29641 119 /** config.txt **
ojan 15:d14d385d37e2 120 * #から始めるのはコメント行
onaka 7:0ec343d29641 121 * #イコールの前後に空白を入れない
onaka 7:0ec343d29641 122 * target_x=111.222
onaka 7:0ec343d29641 123 * target_y=33.444
onaka 7:0ec343d29641 124 */
ojan 23:79cdc1432160 125 float target_x, target_y;
onaka 7:0ec343d29641 126
ojan 14:f85cb5340cb8 127 /* ---------- Kalman Filter ---------- */
ojan 11:083c8c9a5b84 128 // 地磁気ベクトル用
ojan 14:f85cb5340cb8 129 // ジャイロのz軸周りのバイアスも推定
ojan 13:df1e8a650185 130 Vector pri_x1(7);
ojan 13:df1e8a650185 131 Matrix pri_P1(7, 7);
ojan 13:df1e8a650185 132 Vector post_x1(7);
ojan 13:df1e8a650185 133 Matrix post_P1(7, 7);
ojan 13:df1e8a650185 134 Matrix F1(7, 7), H1(3, 7);
ojan 13:df1e8a650185 135 Matrix R1(7, 7), Q1(3, 3);
ojan 13:df1e8a650185 136 Matrix I1(7, 7);
ojan 13:df1e8a650185 137 Matrix K1(7, 3);
ojan 11:083c8c9a5b84 138 Matrix S1(3, 3), S_inv1(3, 3);
ojan 11:083c8c9a5b84 139
ojan 11:083c8c9a5b84 140 // 重力ベクトル用
ojan 14:f85cb5340cb8 141 // ジャイロのx軸、y軸周りのバイアスも同時に推定
ojan 13:df1e8a650185 142 Vector pri_x2(5);
ojan 13:df1e8a650185 143 Matrix pri_P2(5, 5);
ojan 13:df1e8a650185 144 Vector post_x2(5);
ojan 13:df1e8a650185 145 Matrix post_P2(5, 5);
ojan 13:df1e8a650185 146 Matrix F2(5, 5), H2(3, 5);
ojan 13:df1e8a650185 147 Matrix R2(5, 5), Q2(3, 3);
ojan 13:df1e8a650185 148 Matrix I2(5, 5);
ojan 13:df1e8a650185 149 Matrix K2(5, 3);
ojan 13:df1e8a650185 150 Matrix S2(3, 3), S_inv2(3, 3);
ojan 14:f85cb5340cb8 151 /* ---------- ------------- ---------- */
ojan 3:5358a691a100 152
ojan 1:6cd6d2760856 153
ojan 14:f85cb5340cb8 154 /****************************** private functions ******************************/
ojan 21:d417708e84a8 155 bool SD_Init(); // SDカード初期化
ojan 23:79cdc1432160 156 void SensorsInit(); // 各種センサーの初期化
ojan 17:03b45055ca05 157 void KalmanInit(); // カルマンフィルタ初期化
ojan 21:d417708e84a8 158 bool LoadConfig(); // config読み取り
ojan 14:f85cb5340cb8 159 int Find_last(); // SDカード初期化用関数
ojan 20:00afba164688 160 void DataProcessing(); // データ処理関数
ojan 20:00afba164688 161 void ControlRoutine(); // 制御ルーチン関数
ojan 14:f85cb5340cb8 162 void KalmanUpdate(); // カルマンフィルタ更新
ojan 14:f85cb5340cb8 163 float Distance(Vector p1, Vector p2); // 緯度・経度の差から2点間の距離を算出(m)
ojan 20:00afba164688 164 bool Thrown(); // 投下されたかどうかを判断する
ojan 20:00afba164688 165 void DataUpdate(); // データ取得&更新関数
ojan 14:f85cb5340cb8 166 void toString(Matrix& m); // デバッグ用
ojan 14:f85cb5340cb8 167 void toString(Vector& v); // デバッグ用
ojan 1:6cd6d2760856 168
ojan 25:4c72d7420d8a 169 /** 小さい値を返す関数
ojan 25:4c72d7420d8a 170 * @param a: 1つ目の入力値
ojan 25:4c72d7420d8a 171 * @param b: 2つ目の入力値
ojan 25:4c72d7420d8a 172 *
ojan 25:4c72d7420d8a 173 * @return a,bのうち、小さい方の値
ojan 25:4c72d7420d8a 174 */
ojan 15:d14d385d37e2 175 inline float min(float a, float b)
ojan 15:d14d385d37e2 176 {
ojan 14:f85cb5340cb8 177 return ((a > b) ? b : a);
ojan 14:f85cb5340cb8 178 }
ojan 14:f85cb5340cb8 179
ojan 25:4c72d7420d8a 180 /** 気圧の変化から高度を計算する関数
ojan 25:4c72d7420d8a 181 * @param press: 現在の気圧
ojan 25:4c72d7420d8a 182 *
ojan 25:4c72d7420d8a 183 * @return height: 現在の基準点からの高度
ojan 25:4c72d7420d8a 184 */
ojan 25:4c72d7420d8a 185 inline float Height(float press) {
ojan 25:4c72d7420d8a 186 return (153.8f * (pow((p0/press),0.1902f)-1.0f)*(25.0f+273.15f));
ojan 24:8838be99cec3 187 }
ojan 24:8838be99cec3 188
ojan 14:f85cb5340cb8 189 /****************************** main function ******************************/
ojan 0:bc6f14fc60c7 190
ojan 15:d14d385d37e2 191 int main()
ojan 15:d14d385d37e2 192 {
ojan 15:d14d385d37e2 193
ojan 14:f85cb5340cb8 194 i2c.frequency(400000); // I2Cの通信速度を400kHzに設定
ojan 23:79cdc1432160 195
ojan 22:3caa2983bf1d 196 //Config読み取り
ojan 26:6e09df57ee91 197 xbee.printf("load...");
ojan 24:8838be99cec3 198 while(!LoadConfig()) {
ojan 24:8838be99cec3 199 wait(0.1f);
ojan 26:6e09df57ee91 200 xbee.printf(".");
ojan 24:8838be99cec3 201 }
ojan 26:6e09df57ee91 202 xbee.printf("complete\r\n");
ojan 22:3caa2983bf1d 203 xbee.printf("target(%.5f, %.5f)\r\n", target_x, target_y);
ojan 22:3caa2983bf1d 204
ojan 17:03b45055ca05 205 // SDカード初期化
ojan 26:6e09df57ee91 206 xbee.printf("SD Init...");
ojan 24:8838be99cec3 207 while(!SD_Init()) {
ojan 24:8838be99cec3 208 wait(0.1f);
ojan 26:6e09df57ee91 209 xbee.printf(".");
ojan 24:8838be99cec3 210 }
ojan 26:6e09df57ee91 211 xbee.printf("complete\r\n");
ojan 24:8838be99cec3 212
ojan 24:8838be99cec3 213 // センサー関連の初期化
ojan 26:6e09df57ee91 214 xbee.printf("Sensors Init...");
ojan 24:8838be99cec3 215 SensorsInit();
ojan 26:6e09df57ee91 216 xbee.printf("complete\r\n");
ojan 15:d14d385d37e2 217
onaka 7:0ec343d29641 218 //カルマンフィルタ初期化
ojan 3:5358a691a100 219 KalmanInit();
ojan 15:d14d385d37e2 220
ojan 26:6e09df57ee91 221 NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn, 5);
ojan 20:00afba164688 222 ticker.attach(&DataUpdate, dt); // 割り込み有効化（Freq = 0.01fなので、10msおきの割り込み）
ojan 17:03b45055ca05 223
ojan 17:03b45055ca05 224 servoL.period(0.020f); // サーボの信号の周期は20ms
ojan 17:03b45055ca05 225 servoR.period(0.020f);
ojan 15:d14d385d37e2 226
ojan 15:d14d385d37e2 227
ojan 14:f85cb5340cb8 228 /* ------------------------------ ↓↓↓ ここからメインループ ↓↓↓ ------------------------------ */
ojan 0:bc6f14fc60c7 229 while(1) {
ojan 4:45dc5590abc0 230 timer.stop();
ojan 4:45dc5590abc0 231 timer.reset();
ojan 4:45dc5590abc0 232 timer.start();
ojan 14:f85cb5340cb8 233 myled = 1; // LED is ON
ojan 20:00afba164688 234
ojan 24:8838be99cec3 235 INT_flag = false; // 割り込みによる変数書き換えを阻止
ojan 14:f85cb5340cb8 236 /******************************* データ処理 *******************************/
ojan 20:00afba164688 237 DataProcessing();
ojan 15:d14d385d37e2 238
ojan 14:f85cb5340cb8 239 /******************************* 制御ルーチン *******************************/
ojan 24:8838be99cec3 240 #ifdef SERVO_DEBUG
ojan 24:8838be99cec3 241 if(xbee.readable()) {
ojan 24:8838be99cec3 242 char cmd = xbee.getc();
ojan 24:8838be99cec3 243 if(cmd == 'w') {
ojan 24:8838be99cec3 244 pull_R += 5;
ojan 24:8838be99cec3 245 } else if(cmd == 's'){
ojan 24:8838be99cec3 246 pull_R -= 5;
ojan 24:8838be99cec3 247 } else if(cmd == 'a'){
ojan 24:8838be99cec3 248 pull_L += 5;
ojan 24:8838be99cec3 249 } else if(cmd == 'd'){
ojan 24:8838be99cec3 250 pull_L -= 5;
ojan 24:8838be99cec3 251 }
ojan 24:8838be99cec3 252 }
ojan 24:8838be99cec3 253 #else
ojan 20:00afba164688 254 ControlRoutine();
ojan 24:8838be99cec3 255 #endif
ojan 21:d417708e84a8 256
ojan 25:4c72d7420d8a 257 sv = (float)servoVcc.read_u16() * ADC_LSB_TO_V * 2.0f; // サーボ電源電圧
ojan 25:4c72d7420d8a 258 lv = (float)logicVcc.read_u16() * ADC_LSB_TO_V * 2.0f; // ロジック電源電圧
ojan 24:8838be99cec3 259
ojan 21:d417708e84a8 260 // 指定された引っ張り量だけ紐を引っ張る
ojan 21:d417708e84a8 261 if(pull_L < 0) pull_L = 0;
ojan 21:d417708e84a8 262 else if(pull_L > PullMax) pull_L = PullMax;
ojan 21:d417708e84a8 263 if(pull_R < 0) pull_R = 0;
ojan 21:d417708e84a8 264 else if(pull_R > PullMax) pull_R = PullMax;
ojan 21:d417708e84a8 265
ojan 27:a26ff85bba23 266 servoL.pulsewidth((ServoMax - ServoMin) * (PullMax - pull_L) / (float)PullMax + ServoMin);
ojan 21:d417708e84a8 267 servoR.pulsewidth((ServoMax - ServoMin) * pull_R / (float)PullMax + ServoMin);
ojan 21:d417708e84a8 268
ojan 21:d417708e84a8 269 // データをmicroSDに保存し、XBeeでPCへ送信する
ojan 27:a26ff85bba23 270 sprintf(data, "%d.%d, %.1f,%.1f,%.1f, %.3f,%.6f,%.6f, %.3f,%.3f,%.1f, %d, %d,%d\r\n",
ojan 29:59f4808e2eb6 271 UTC_t, ss, yaw, pitch, roll,
ojan 21:d417708e84a8 272 press, gms.longitude, gms.latitude,
ojan 25:4c72d7420d8a 273 vrt_acc, height, Distance(target_p, p),
ojan 25:4c72d7420d8a 274 optSensor.read_u16(), pull_R, pull_L);
ojan 21:d417708e84a8 275
ojan 24:8838be99cec3 276 INT_flag = true; // 割り込み許可
ojan 21:d417708e84a8 277
ojan 21:d417708e84a8 278 fprintf(fp, data);
ojan 21:d417708e84a8 279 fflush(fp);
ojan 21:d417708e84a8 280 xbee.printf(data);
ojan 21:d417708e84a8 281
ojan 15:d14d385d37e2 282
ojan 9:6d4578dcc1ed 283 myled = 0; // LED is OFF
ojan 15:d14d385d37e2 284
ojan 20:00afba164688 285 loopTime = timer.read_ms();
ojan 20:00afba164688 286
ojan 9:6d4578dcc1ed 287 // ループはきっかり0.2秒ごと
ojan 9:6d4578dcc1ed 288 while(timer.read_ms() < 200);
ojan 20:00afba164688 289
ojan 0:bc6f14fc60c7 290 }
ojan 15:d14d385d37e2 291
ojan 14:f85cb5340cb8 292 /* ------------------------------ ↑↑↑ ここまでメインループ ↑↑↑ ------------------------------ */
onaka 7:0ec343d29641 293 }
onaka 7:0ec343d29641 294
ojan 20:00afba164688 295 /** データ処理関数
ojan 20:00afba164688 296 *
ojan 20:00afba164688 297 */
ojan 20:00afba164688 298 void DataProcessing()
ojan 20:00afba164688 299 {
ojan 27:a26ff85bba23 300 static float R_11; // 回転行列(1,1)成分
ojan 27:a26ff85bba23 301 static float R_12; // 回転行列(1,2)成分
ojan 27:a26ff85bba23 302 static float r_cos; // ロール角のcos値
ojan 27:a26ff85bba23 303 static float r_sin; // ロール角のsin値
ojan 27:a26ff85bba23 304 static float p_cos; // ピッチ角のcos値
ojan 27:a26ff85bba23 305 static float p_sin; // ピッチ角のsin値
ojan 25:4c72d7420d8a 306
ojan 20:00afba164688 307 gms.read(); // GPSデータ取得
ojan 29:59f4808e2eb6 308 UTC_t = (int)gms.time + 90000;
ojan 20:00afba164688 309
ojan 20:00afba164688 310 // 参照座標系の基底を求める
ojan 20:00afba164688 311 r_u = g;
ojan 20:00afba164688 312 r_f = geomag.GetPerpCompTo(g).Normalize();
ojan 20:00afba164688 313 r_l = Cross(r_u, r_f);
ojan 20:00afba164688 314
ojan 20:00afba164688 315 // 回転行列を経由してオイラー角を求める
ojan 20:00afba164688 316 // オイラー角はヨー・ピッチ・ロールの順に回転したものとする
ojan 20:00afba164688 317 // 各オイラー角を求めるのに回転行列の全成分は要らないので、一部だけ計算する。
ojan 20:00afba164688 318
ojan 25:4c72d7420d8a 319 R_11 = r_f * b_f; // 回転行列の(1,1)成分
ojan 25:4c72d7420d8a 320 R_12 = r_f * b_l; // 回転行列の(1,2)成分
ojan 20:00afba164688 321 yaw = atan2(-R_12, R_11) * RAD_TO_DEG + MAG_DECLINATION;
ojan 25:4c72d7420d8a 322 r_cos = g.GetPerpCompTo(b_f).Normalize() * b_u;
ojan 25:4c72d7420d8a 323 r_sin = Cross(g.GetPerpCompTo(b_f).Normalize(), b_u) * b_f;
ojan 25:4c72d7420d8a 324 if(r_sin > 0.0f) {
ojan 25:4c72d7420d8a 325 roll = acos(r_cos) * RAD_TO_DEG;
ojan 25:4c72d7420d8a 326 } else {
ojan 25:4c72d7420d8a 327 roll = -acos(r_cos) * RAD_TO_DEG;
ojan 25:4c72d7420d8a 328 }
ojan 25:4c72d7420d8a 329
ojan 25:4c72d7420d8a 330 p_cos = g.GetPerpCompTo(b_l).Normalize() * b_u;
ojan 25:4c72d7420d8a 331 p_sin = Cross(g.GetPerpCompTo(b_l).Normalize(), b_u) * b_l;
ojan 25:4c72d7420d8a 332 if(p_sin > 0.0f) {
ojan 25:4c72d7420d8a 333 pitch = acos(p_cos) * RAD_TO_DEG;
ojan 25:4c72d7420d8a 334 } else {
ojan 25:4c72d7420d8a 335 pitch = -acos(p_cos) * RAD_TO_DEG;
ojan 25:4c72d7420d8a 336 }
ojan 20:00afba164688 337
ojan 20:00afba164688 338 if(yaw > 180.0f) yaw -= 360.0f; // ヨー角を[-π, π]に補正
ojan 30:fb310564097b 339 else if(yaw < -180.0f) yaw += 360.0f; // ヨー角を[-π, π]に補正
ojan 20:00afba164688 340
ojan 20:00afba164688 341 if(UTC_t - pre_UTC_t >= 1) { // GPSデータが更新されていたら
ojan 25:4c72d7420d8a 342 pre_p = new_p;
ojan 25:4c72d7420d8a 343 new_p.SetComp(1, gms.longitude * DEG_TO_RAD);
ojan 25:4c72d7420d8a 344 new_p.SetComp(2, gms.latitude * DEG_TO_RAD);
ojan 25:4c72d7420d8a 345 p = new_p;
ojan 25:4c72d7420d8a 346 pre_UTC_t = UTC_t;
ojan 27:a26ff85bba23 347 ss = 0;
ojan 20:00afba164688 348 } else { // 更新されていなかったら
ojan 25:4c72d7420d8a 349 p += 0.2f * (new_p - pre_p);
ojan 27:a26ff85bba23 350 ss += 2;
ojan 20:00afba164688 351 }
ojan 20:00afba164688 352
ojan 25:4c72d7420d8a 353 height = Height(press);
ojan 24:8838be99cec3 354
ojan 20:00afba164688 355
ojan 20:00afba164688 356
ojan 20:00afba164688 357 }
ojan 20:00afba164688 358
ojan 20:00afba164688 359 /** 制御ルーチン関数
ojan 20:00afba164688 360 *
ojan 20:00afba164688 361 */
ojan 20:00afba164688 362 void ControlRoutine()
ojan 20:00afba164688 363 {
ojan 29:59f4808e2eb6 364 static int count = 0;
ojan 25:4c72d7420d8a 365 static float target_lng;
ojan 25:4c72d7420d8a 366 static float target_lat;
ojan 25:4c72d7420d8a 367 static float target_X;
ojan 25:4c72d7420d8a 368 static float target_Y;
ojan 25:4c72d7420d8a 369 static float theta;
ojan 25:4c72d7420d8a 370 static float delta_theta;
ojan 25:4c72d7420d8a 371
ojan 20:00afba164688 372 switch(step) {
ojan 20:00afba164688 373
ojan 20:00afba164688 374 // 投下&安定滑空シーケンス
ojan 20:00afba164688 375 case 0:
ojan 20:00afba164688 376 if(Thrown() || count != 0) {
ojan 20:00afba164688 377 count++;
ojan 30:fb310564097b 378 pull_L = Stabilize;
ojan 30:fb310564097b 379 pull_R = Stabilize;
ojan 20:00afba164688 380 if(count >= WaitTime*5) {
ojan 20:00afba164688 381 pull_L = 0;
ojan 20:00afba164688 382 pull_R = 0;
ojan 29:59f4808e2eb6 383 #ifdef SPIRAL_DEBUG
ojan 29:59f4808e2eb6 384 step = 2;
ojan 29:59f4808e2eb6 385 #else
ojan 20:00afba164688 386 step = 1;
ojan 29:59f4808e2eb6 387 #endif
ojan 20:00afba164688 388 }
ojan 20:00afba164688 389 }
ojan 20:00afba164688 390 break;
ojan 20:00afba164688 391
ojan 20:00afba164688 392 // 制御シーケンス
ojan 20:00afba164688 393 case 1:
ojan 20:00afba164688 394 if(fabs(roll) > BorderSpiral) {
ojan 20:00afba164688 395 // スパイラル回避行動
ojan 20:00afba164688 396 if(roll > 0) {
ojan 20:00afba164688 397 pull_L = PullMax;
ojan 20:00afba164688 398 pull_R = 0;
ojan 20:00afba164688 399 } else {
ojan 20:00afba164688 400 pull_L = 0;
ojan 20:00afba164688 401 pull_R = PullMax;
ojan 20:00afba164688 402 }
ojan 20:00afba164688 403 } else {
ojan 20:00afba164688 404
ojan 20:00afba164688 405 /* いずれも地球を完全球体と仮定 */
ojan 25:4c72d7420d8a 406 target_lng = target_x * DEG_TO_RAD;
ojan 25:4c72d7420d8a 407 target_lat = target_y * DEG_TO_RAD;
ojan 20:00afba164688 408 /* 北から西回りで目標方向の角度を出力 */
ojan 25:4c72d7420d8a 409 target_Y = cos( target_lat ) * sin( target_lng - p.GetComp(1) );
ojan 25:4c72d7420d8a 410 target_X = cos( p.GetComp(2) ) * sin( target_lat ) - sin( p.GetComp(2) ) * cos( target_lat ) * cos( target_lng - p.GetComp(1) );
ojan 29:59f4808e2eb6 411
ojan 29:59f4808e2eb6 412 #ifdef RULE4
ojan 29:59f4808e2eb6 413 if(height > BorderHeight) {
ojan 29:59f4808e2eb6 414 theta = -atan2f( target_Y, target_X ) * RAD_TO_DEG + Beta;
ojan 29:59f4808e2eb6 415 if(theta > 180.0f) theta -= 360.0f;
ojan 29:59f4808e2eb6 416 } else {
ojan 29:59f4808e2eb6 417 theta = -atan2f( target_Y, target_X ) * RAD_TO_DEG;
ojan 29:59f4808e2eb6 418 }
ojan 29:59f4808e2eb6 419 #elif RULE3
ojan 29:59f4808e2eb6 420 theta = -atan2f( target_Y, target_X ) * RAD_TO_DEG + Beta;
ojan 29:59f4808e2eb6 421
ojan 29:59f4808e2eb6 422 if(theta > 180.0f) theta -= 360.0f;
ojan 29:59f4808e2eb6 423 else if(theta < -180.0f) theta += 360.0f;
ojan 29:59f4808e2eb6 424 #else
ojan 25:4c72d7420d8a 425 theta = -atan2f( target_Y, target_X ) * RAD_TO_DEG;
ojan 29:59f4808e2eb6 426 #endif
ojan 29:59f4808e2eb6 427
ojan 24:8838be99cec3 428 #ifdef DIRECTION_DEBUG
ojan 24:8838be99cec3 429 theta = TargetDirection;
ojan 24:8838be99cec3 430 #endif
ojan 20:00afba164688 431
ojan 20:00afba164688 432 if(yaw >= 0.0f) { // ヨー角が正
ojan 20:00afba164688 433 if(theta >= 0.0f) { // 目標角も正ならば、
ojan 24:8838be99cec3 434 if(theta - yaw > Alpha) dir = LEFT; // 単純に差を取って閾値αと比べる
ojan 24:8838be99cec3 435 else if(theta - yaw < -Alpha) dir = RIGHT;
ojan 24:8838be99cec3 436 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 437 } else { // 目標角が負であれば
ojan 20:00afba164688 438 theta += 360.0f; // 360°足して正の値に変換してから
ojan 20:00afba164688 439 delta_theta = theta - yaw; // 差を取る（yawから左回りに見たthetaとの差分）
ojan 20:00afba164688 440 if(delta_theta < 180.0f) { // 差が180°より小さければ左旋回
ojan 24:8838be99cec3 441 if(delta_theta > Alpha) dir = LEFT;
ojan 24:8838be99cec3 442 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 443 } else { // 180°より大きければ右旋回
ojan 24:8838be99cec3 444 if(360.0f - delta_theta > Alpha) dir = RIGHT;
ojan 24:8838be99cec3 445 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 446 }
ojan 20:00afba164688 447 }
ojan 20:00afba164688 448 } else { // ヨー角が負
ojan 20:00afba164688 449 if(theta <= 0.0f) { // 目標角も負ならば、
ojan 24:8838be99cec3 450 if(theta - yaw > Alpha) dir = LEFT; // 単純に差を取って閾値αと比べる
ojan 24:8838be99cec3 451 else if(theta - yaw < -Alpha) dir = RIGHT;
ojan 24:8838be99cec3 452 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 453 } else { // 目標角が正であれば、
ojan 20:00afba164688 454 delta_theta = theta - yaw; // 差を取る（yawから左回りに見たthetaとの差分）
ojan 20:00afba164688 455 if(delta_theta < 180.0f) { // 差が180°より小さければ左旋回
ojan 24:8838be99cec3 456 if(delta_theta > Alpha) dir = LEFT;
ojan 24:8838be99cec3 457 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 458 } else { // 180°より大きければ右旋回
ojan 24:8838be99cec3 459 if(360.0f - delta_theta > Alpha) dir = RIGHT;
ojan 24:8838be99cec3 460 else dir = NEUTRAL;
ojan 20:00afba164688 461 }
ojan 20:00afba164688 462 }
ojan 20:00afba164688 463 }
ojan 20:00afba164688 464
ojan 24:8838be99cec3 465 if(dir == LEFT) { //目標は左方向
ojan 20:00afba164688 466
ojan 30:fb310564097b 467 pull_L = Turn;
ojan 20:00afba164688 468 pull_R = 0;
ojan 20:00afba164688 469
ojan 24:8838be99cec3 470 } else if (dir == RIGHT) { //目標は右方向
ojan 20:00afba164688 471
ojan 20:00afba164688 472 pull_L = 0;
ojan 30:fb310564097b 473 pull_R = Turn;
ojan 20:00afba164688 474
ojan 24:8838be99cec3 475 } else if (dir == NEUTRAL) {
ojan 21:d417708e84a8 476 pull_L = 0;
ojan 21:d417708e84a8 477 pull_R = 0;
ojan 20:00afba164688 478 }
ojan 20:00afba164688 479 }
ojan 29:59f4808e2eb6 480 #ifdef RULE4
ojan 29:59f4808e2eb6 481 if(height <= BorderHeight) {
ojan 29:59f4808e2eb6 482 // 目標地点との距離が閾値以下だった場合、落下シーケンスへと移行する
ojan 29:59f4808e2eb6 483 if(Distance(target_p, p) < BorderDistance) step = 2;
ojan 29:59f4808e2eb6 484 }
ojan 29:59f4808e2eb6 485 #else
ojan 20:00afba164688 486 #ifdef RULE2
ojan 20:00afba164688 487 // 目標地点との距離が閾値以下だった場合、落下シーケンスへと移行する
ojan 20:00afba164688 488 if(Distance(target_p, p) < BorderDistance) step = 2;
ojan 20:00afba164688 489 #endif
ojan 29:59f4808e2eb6 490 #endif
ojan 20:00afba164688 491
ojan 20:00afba164688 492 break;
ojan 20:00afba164688 493
ojan 29:59f4808e2eb6 494 #if defined(RULE2) || defined(RULE4) || defined(SPIRAL_DEBUG)
ojan 20:00afba164688 495 // 落下シーケンス
ojan 20:00afba164688 496 case 2:
ojan 29:59f4808e2eb6 497 pull_L = 0;
ojan 29:59f4808e2eb6 498 pull_R = PullMax;
ojan 20:00afba164688 499
ojan 29:59f4808e2eb6 500 #ifndef SPIRAL_DEBUG
ojan 20:00afba164688 501 // もし落下中に目標値から離れてしまった場合は、体勢を立て直して再び滑空
ojan 20:00afba164688 502 // 境界で制御が不安定にならないよう閾値にマージンを取る
ojan 21:d417708e84a8 503 if(Distance(target_p, p) > BorderDistance+3.0f) step = 1;
ojan 29:59f4808e2eb6 504 #endif
ojan 20:00afba164688 505 break;
ojan 20:00afba164688 506 #endif
ojan 20:00afba164688 507 }
ojan 20:00afba164688 508 }
ojan 20:00afba164688 509
ojan 23:79cdc1432160 510 /** 各種センサーの初期化を行う関数
ojan 17:03b45055ca05 511 *
ojan 17:03b45055ca05 512 */
ojan 23:79cdc1432160 513 void SensorsInit()
ojan 20:00afba164688 514 {
ojan 23:79cdc1432160 515
ojan 23:79cdc1432160 516 if(!mpu.init()) error("mpu6050 Initialize Error !!"); // mpu6050初期化
ojan 23:79cdc1432160 517 if(!hmc.init()) error("hmc5883l Initialize Error !!"); // hmc5883l初期化
ojan 23:79cdc1432160 518
ojan 17:03b45055ca05 519 //重力ベクトルの初期化
ojan 17:03b45055ca05 520 raw_g.SetComp(1, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 521 raw_g.SetComp(2, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 522 raw_g.SetComp(3, 1.0f);
ojan 17:03b45055ca05 523
ojan 17:03b45055ca05 524 // 機体に固定されたベクトルの初期化
ojan 17:03b45055ca05 525 b_f.SetComp(1, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 526 b_f.SetComp(2, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 527 b_f.SetComp(3, -1.0f);
ojan 21:d417708e84a8 528 b_u.SetComp(1, -1.0f);
ojan 17:03b45055ca05 529 b_u.SetComp(2, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 530 b_u.SetComp(3, 0.0f);
ojan 17:03b45055ca05 531 b_l = Cross(b_u, b_f);
ojan 20:00afba164688 532
ojan 17:03b45055ca05 533 // 目標座標をベクトルに代入
ojan 17:03b45055ca05 534 target_p.SetComp(1, target_x * DEG_TO_RAD);
ojan 17:03b45055ca05 535 target_p.SetComp(2, target_y * DEG_TO_RAD);
ojan 24:8838be99cec3 536
ojan 24:8838be99cec3 537 // 地表の気圧を取得
ojan 24:8838be99cec3 538 p0 = 0;
ojan 24:8838be99cec3 539 for(int i=0; i<10; i++) {
ojan 24:8838be99cec3 540 p0 += (float)lps.pressure() * PRES_LSB_TO_HPA;
ojan 25:4c72d7420d8a 541 wait(0.1f);
ojan 24:8838be99cec3 542 }
ojan 24:8838be99cec3 543 p0 /= 10.0f;
ojan 26:6e09df57ee91 544
ojan 26:6e09df57ee91 545 xbee.printf(".");
ojan 17:03b45055ca05 546 }
ojan 17:03b45055ca05 547
ojan 17:03b45055ca05 548 /** マイクロSDカードの初期化を行う関数
ojan 17:03b45055ca05 549 *
ojan 17:03b45055ca05 550 */
ojan 21:d417708e84a8 551 bool SD_Init()
ojan 20:00afba164688 552 {
ojan 17:03b45055ca05 553 //SDカード初期化
ojan 17:03b45055ca05 554 char filename[15];
ojan 17:03b45055ca05 555 int n = Find_last();
ojan 17:03b45055ca05 556 if(n < 0) {
ojan 24:8838be99cec3 557 pc.printf("Could not read a SD Card.\n");
ojan 21:d417708e84a8 558 return false;
ojan 17:03b45055ca05 559 }
ojan 17:03b45055ca05 560 sprintf(filename, "/sd/log%03d.csv", n+1);
ojan 17:03b45055ca05 561 fp = fopen(filename, "w");
ojan 17:03b45055ca05 562 fprintf(fp, "log data\r\n");
ojan 17:03b45055ca05 563 xbee.printf("log data\r\n");
ojan 21:d417708e84a8 564
ojan 21:d417708e84a8 565 return true;
ojan 17:03b45055ca05 566 }
ojan 17:03b45055ca05 567
ojan 17:03b45055ca05 568 /** コンフィグファイルを読み込む関数
ojan 17:03b45055ca05 569 *
ojan 17:03b45055ca05 570 */
ojan 21:d417708e84a8 571 bool LoadConfig()
ojan 15:d14d385d37e2 572 {
onaka 7:0ec343d29641 573 char value[20];
onaka 7:0ec343d29641 574 //Read a configuration file from a mbed.
ojan 15:d14d385d37e2 575 if (!cfg.read("/sd/config.txt")) {
ojan 24:8838be99cec3 576 pc.printf("Config file does not exist\n");
ojan 21:d417708e84a8 577 return false;
ojan 15:d14d385d37e2 578 } else {
onaka 7:0ec343d29641 579 //Get values
onaka 7:0ec343d29641 580 if (cfg.getValue("target_x", &value[0], sizeof(value))) target_x = atof(value);
ojan 15:d14d385d37e2 581 else {
ojan 24:8838be99cec3 582 pc.printf("Failed to get value for target_x\n");
ojan 21:d417708e84a8 583 return false;
onaka 7:0ec343d29641 584 }
onaka 7:0ec343d29641 585 if (cfg.getValue("target_y", &value[0], sizeof(value))) target_y = atof(value);
ojan 15:d14d385d37e2 586 else {
ojan 24:8838be99cec3 587 pc.printf("Failed to get value for target_y\n");
ojan 21:d417708e84a8 588 return false;
onaka 7:0ec343d29641 589 }
onaka 7:0ec343d29641 590 }
ojan 21:d417708e84a8 591 return true;
onaka 7:0ec343d29641 592 }
onaka 7:0ec343d29641 593
ojan 17:03b45055ca05 594 /** ログファイルの番号の最大値を得る関数
ojan 17:03b45055ca05 595 *
ojan 17:03b45055ca05 596 * @return マイクロSD内に存在するログファイル番号の最大値
ojan 17:03b45055ca05 597 */
ojan 15:d14d385d37e2 598 int Find_last()
ojan 15:d14d385d37e2 599 {
onaka 7:0ec343d29641 600 int i, n = 0;
onaka 7:0ec343d29641 601 char c;
onaka 7:0ec343d29641 602 DIR *dp;
onaka 7:0ec343d29641 603 struct dirent *dirst;
onaka 7:0ec343d29641 604 dp = opendir("/sd/");
ojan 15:d14d385d37e2 605 if (!dp) {
onaka 7:0ec343d29641 606 pc.printf("Could not open directry.\n");
onaka 7:0ec343d29641 607 return -1;
onaka 7:0ec343d29641 608 }
onaka 7:0ec343d29641 609 while((dirst = readdir(dp)) != NULL) {
onaka 7:0ec343d29641 610 if(sscanf(dirst->d_name, "log%03d.csv%c", &i, &c) == 1 && i>n) {
onaka 7:0ec343d29641 611 n = i;
onaka 7:0ec343d29641 612 }
onaka 7:0ec343d29641 613 }
onaka 7:0ec343d29641 614 closedir(dp);
onaka 7:0ec343d29641 615 return n;
ojan 0:bc6f14fc60c7 616 }
ojan 0:bc6f14fc60c7 617
ojan 17:03b45055ca05 618 /** カルマンフィルタの初期化を行う関数
ojan 17:03b45055ca05 619 *
ojan 17:03b45055ca05 620 */
ojan 15:d14d385d37e2 621 void KalmanInit()
ojan 15:d14d385d37e2 622 {
ojan 11:083c8c9a5b84 623 // 重力
ojan 11:083c8c9a5b84 624 {
ojan 11:083c8c9a5b84 625 // 誤差共分散行列の値を決める（対角成分のみ）
ojan 13:df1e8a650185 626 float alpha_R2 = 0.002f;
ojan 12:0d978eb4d639 627 float alpha_Q2 = 0.5f;
ojan 11:083c8c9a5b84 628 R2 *= alpha_R2;
ojan 11:083c8c9a5b84 629 Q2 *= alpha_Q2;
ojan 15:d14d385d37e2 630
ojan 13:df1e8a650185 631 // 観測方程式のヤコビアンの値を設定（時間変化無し）
ojan 13:df1e8a650185 632 float h2[15] = {
ojan 13:df1e8a650185 633 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 15:d14d385d37e2 634 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 13:df1e8a650185 635 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f
ojan 11:083c8c9a5b84 636 };
ojan 15:d14d385d37e2 637
ojan 13:df1e8a650185 638 H2.SetComps(h2);
ojan 11:083c8c9a5b84 639 }
ojan 15:d14d385d37e2 640
ojan 11:083c8c9a5b84 641 // 地磁気
ojan 11:083c8c9a5b84 642 {
ojan 11:083c8c9a5b84 643 // 誤差共分散行列の値を決める（対角成分のみ）
ojan 13:df1e8a650185 644 float alpha_R1 = 0.002f;
ojan 13:df1e8a650185 645 float alpha_Q1 = 0.5f;
ojan 11:083c8c9a5b84 646 R1 *= alpha_R1;
ojan 11:083c8c9a5b84 647 Q1 *= alpha_Q1;
ojan 15:d14d385d37e2 648
ojan 13:df1e8a650185 649 // 観測方程式のヤコビアンの値を設定（時間変化無し）
ojan 13:df1e8a650185 650 float h1[21] = {
ojan 13:df1e8a650185 651 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 13:df1e8a650185 652 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 13:df1e8a650185 653 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f
ojan 11:083c8c9a5b84 654 };
ojan 15:d14d385d37e2 655
ojan 13:df1e8a650185 656 H1.SetComps(h1);
ojan 11:083c8c9a5b84 657 }
ojan 3:5358a691a100 658 }
ojan 3:5358a691a100 659
ojan 17:03b45055ca05 660 /** カルマンフィルタの更新を行う関数
ojan 17:03b45055ca05 661 *
ojan 17:03b45055ca05 662 */
ojan 15:d14d385d37e2 663 void KalmanUpdate()
ojan 15:d14d385d37e2 664 {
ojan 13:df1e8a650185 665 // 重力
ojan 15:d14d385d37e2 666
ojan 11:083c8c9a5b84 667 {
ojan 13:df1e8a650185 668 // ヤコビアンの更新
ojan 13:df1e8a650185 669 float f2[25] = {
ojan 15:d14d385d37e2 670 1.0f, (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7))*dt, -(raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5))*dt, 0.0f, post_x2.GetComp(3)*dt,
ojan 15:d14d385d37e2 671 -(raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7))*dt, 1.0f, (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4))*dt, -post_x2.GetComp(3)*dt, 0.0f,
ojan 15:d14d385d37e2 672 (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5))*dt, -(raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4))*dt, 1.0f, post_x2.GetComp(2)*dt, -post_x2.GetComp(1)*dt,
ojan 15:d14d385d37e2 673 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
ojan 13:df1e8a650185 674 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
ojan 13:df1e8a650185 675 };
ojan 15:d14d385d37e2 676
ojan 13:df1e8a650185 677 F2.SetComps(f2);
ojan 15:d14d385d37e2 678
ojan 11:083c8c9a5b84 679 // 事前推定値の更新
ojan 13:df1e8a650185 680 //pri_x2 = F2 * post_x2;
ojan 15:d14d385d37e2 681
ojan 13:df1e8a650185 682 float pri_x2_vals[5] = {
ojan 15:d14d385d37e2 683 post_x2.GetComp(1) + post_x2.GetComp(2) * (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7)) * dt - post_x2.GetComp(3) * (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 684 post_x2.GetComp(2) + post_x2.GetComp(3) * (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4)) * dt - post_x2.GetComp(1) * (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 685 post_x2.GetComp(3) + post_x2.GetComp(1) * (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5)) * dt - post_x2.GetComp(2) * (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 686 post_x2.GetComp(4),
ojan 13:df1e8a650185 687 post_x2.GetComp(5)
ojan 13:df1e8a650185 688 };
ojan 15:d14d385d37e2 689
ojan 13:df1e8a650185 690 pri_x2.SetComps(pri_x2_vals);
ojan 15:d14d385d37e2 691
ojan 11:083c8c9a5b84 692 // 事前誤差分散行列の更新
ojan 11:083c8c9a5b84 693 pri_P2 = F2 * post_P2 * F2.Transpose() + R2;
ojan 15:d14d385d37e2 694
ojan 11:083c8c9a5b84 695 // カルマンゲインの計算
ojan 11:083c8c9a5b84 696 S2 = Q2 + H2 * pri_P2 * H2.Transpose();
ojan 13:df1e8a650185 697 static float det;
ojan 11:083c8c9a5b84 698 if((det = S2.Inverse(S_inv2)) >= 0.0f) {
ojan 11:083c8c9a5b84 699 pc.printf("E:%.3f\r\n", det);
ojan 11:083c8c9a5b84 700 return; // 万が一、逆行列が見つからなかった場合は前回の推定値を保持して終了
ojan 11:083c8c9a5b84 701 }
ojan 15:d14d385d37e2 702 K2 = pri_P2 * H2.Transpose() * S_inv2;
ojan 15:d14d385d37e2 703
ojan 11:083c8c9a5b84 704 // 事後推定値の更新
ojan 13:df1e8a650185 705 post_x2 = pri_x2 + K2 * (raw_acc - H2 * pri_x2);
ojan 11:083c8c9a5b84 706 // 事後誤差分散行列の更新
ojan 11:083c8c9a5b84 707 post_P2 = (I2 - K2 * H2) * pri_P2;
ojan 11:083c8c9a5b84 708 }
ojan 15:d14d385d37e2 709
ojan 15:d14d385d37e2 710
ojan 11:083c8c9a5b84 711 // 地磁気
ojan 11:083c8c9a5b84 712 {
ojan 11:083c8c9a5b84 713 // ヤコビアンの更新
ojan 13:df1e8a650185 714 float f1[49] = {
ojan 15:d14d385d37e2 715 1.0f, (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7))*dt, -(raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5))*dt, 0.0f, 0.0f, 0.0f, -post_x1.GetComp(2) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 716 -(raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7))*dt, 1.0f, (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4))*dt, 0.0f, 0.0f, 0.0f, post_x1.GetComp(1) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 717 (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5))*dt, -(raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4))*dt, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 15:d14d385d37e2 718 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 15:d14d385d37e2 719 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
ojan 15:d14d385d37e2 720 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
ojan 13:df1e8a650185 721 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
ojan 11:083c8c9a5b84 722 };
ojan 15:d14d385d37e2 723
ojan 13:df1e8a650185 724 F1.SetComps(f1);
ojan 15:d14d385d37e2 725
ojan 11:083c8c9a5b84 726 // 事前推定値の更新
ojan 13:df1e8a650185 727 //pri_x1 = F1 * post_x1;
ojan 13:df1e8a650185 728 float pri_x1_vals[7] = {
ojan 15:d14d385d37e2 729 post_x1.GetComp(1) + post_x1.GetComp(2) * (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7)) * dt - post_x1.GetComp(3) * (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 730 post_x1.GetComp(2) + post_x1.GetComp(3) * (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4)) * dt - post_x1.GetComp(1) * (raw_gyro.GetComp(3) - post_x1.GetComp(7)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 731 post_x1.GetComp(3) + post_x1.GetComp(1) * (raw_gyro.GetComp(2) - post_x2.GetComp(5)) * dt - post_x1.GetComp(2) * (raw_gyro.GetComp(1) - post_x2.GetComp(4)) * dt,
ojan 15:d14d385d37e2 732 post_x1.GetComp(4),
ojan 15:d14d385d37e2 733 post_x1.GetComp(5),
ojan 15:d14d385d37e2 734 post_x1.GetComp(6),
ojan 13:df1e8a650185 735 post_x1.GetComp(7)
ojan 13:df1e8a650185 736 };
ojan 15:d14d385d37e2 737
ojan 13:df1e8a650185 738 pri_x1.SetComps(pri_x1_vals);
ojan 15:d14d385d37e2 739
ojan 11:083c8c9a5b84 740 // 事前誤差分散行列の更新
ojan 11:083c8c9a5b84 741 pri_P1 = F1 * post_P1 * F1.Transpose() + R1;
ojan 15:d14d385d37e2 742
ojan 11:083c8c9a5b84 743 // カルマンゲインの計算
ojan 11:083c8c9a5b84 744 S1 = Q1 + H1 * pri_P1 * H1.Transpose();
ojan 13:df1e8a650185 745 static float det;
ojan 11:083c8c9a5b84 746 if((det = S1.Inverse(S_inv1)) >= 0.0f) {
ojan 11:083c8c9a5b84 747 pc.printf("E:%.3f\r\n", det);
ojan 11:083c8c9a5b84 748 return; // 万が一、逆行列が見つからなかった場合は前回の推定値を保持して終了
ojan 11:083c8c9a5b84 749 }
ojan 15:d14d385d37e2 750 K1 = pri_P1 * H1.Transpose() * S_inv1;
ojan 15:d14d385d37e2 751
ojan 11:083c8c9a5b84 752 // 事後推定値の更新
ojan 11:083c8c9a5b84 753 post_x1 = pri_x1 + K1 * (raw_geomag - H1 * pri_x1);
ojan 11:083c8c9a5b84 754 // 事後誤差分散行列の更新
ojan 11:083c8c9a5b84 755 post_P1 = (I1 - K1 * H1) * pri_P1;
ojan 3:5358a691a100 756 }
ojan 3:5358a691a100 757 }
ojan 3:5358a691a100 758
ojan 17:03b45055ca05 759 /** GPS座標から距離を算出
ojan 17:03b45055ca05 760 * @param 座標1（経度、緯度）（rad）
ojan 17:03b45055ca05 761 * @param 座標2（経度、緯度）（rad）
ojan 17:03b45055ca05 762 *
ojan 17:03b45055ca05 763 * @return 2点間の距離（m）
ojan 17:03b45055ca05 764 */
ojan 15:d14d385d37e2 765 float Distance(Vector p1, Vector p2)
ojan 15:d14d385d37e2 766 {
ojan 25:4c72d7420d8a 767 static float mu_y;
ojan 25:4c72d7420d8a 768 static float s_mu_y;
ojan 25:4c72d7420d8a 769 static float w;
ojan 25:4c72d7420d8a 770 static float m;
ojan 25:4c72d7420d8a 771 static float n;
ojan 25:4c72d7420d8a 772 static float d1;
ojan 25:4c72d7420d8a 773 static float d2;
ojan 25:4c72d7420d8a 774
ojan 9:6d4578dcc1ed 775 if(p1.GetDim() != p2.GetDim()) return 0.0f;
ojan 15:d14d385d37e2 776
ojan 25:4c72d7420d8a 777 mu_y = (p1.GetComp(2) + p2.GetComp(2)) * 0.5f;
ojan 25:4c72d7420d8a 778 s_mu_y = sin(mu_y);
ojan 25:4c72d7420d8a 779 w = sqrt(1 - GPS_SQ_E * s_mu_y * s_mu_y);
ojan 25:4c72d7420d8a 780 m = GPS_A * (1 - GPS_SQ_E) / (w * w * w);
ojan 25:4c72d7420d8a 781 n = GPS_A / w;
ojan 25:4c72d7420d8a 782 d1 = m * (p1.GetComp(2) - p2.GetComp(2));
ojan 25:4c72d7420d8a 783 d2 = n * cos(mu_y) * (p1.GetComp(1) - p2.GetComp(1));
ojan 15:d14d385d37e2 784
ojan 9:6d4578dcc1ed 785 return sqrt(d1 * d1 + d2 * d2);
ojan 9:6d4578dcc1ed 786 }
ojan 9:6d4578dcc1ed 787
ojan 14:f85cb5340cb8 788 /** 投下を検知する関数
ojan 15:d14d385d37e2 789 *
ojan 14:f85cb5340cb8 790 * @return 投下されたかどうか（true=投下　false=未投下
ojan 15:d14d385d37e2 791 *
ojan 17:03b45055ca05 792 */
ojan 20:00afba164688 793 bool Thrown()
ojan 15:d14d385d37e2 794 {
ojan 14:f85cb5340cb8 795 static int opt_count = 0;
ojan 14:f85cb5340cb8 796 static int g_count = 0;
ojan 14:f85cb5340cb8 797 static int para_count = 0;
ojan 15:d14d385d37e2 798
ojan 30:fb310564097b 799 #ifndef SPIRAL_DEBUG
ojan 14:f85cb5340cb8 800 if(optSensor.read_u16() > BorderOpt) opt_count++;
ojan 14:f85cb5340cb8 801 else opt_count = 0;
ojan 14:f85cb5340cb8 802 if(vrt_acc < BorderGravity) g_count++;
ojan 14:f85cb5340cb8 803 else g_count = 0;
ojan 30:fb310564097b 804 #endif
ojan 14:f85cb5340cb8 805 if((int)paraSensor == BorderParafoil) para_count++;
ojan 14:f85cb5340cb8 806 else para_count = 0;
ojan 15:d14d385d37e2 807
ojan 14:f85cb5340cb8 808 if(opt_count >= MaxCount || g_count >= MaxCount || para_count >= MaxCount) {
ojan 14:f85cb5340cb8 809 return true;
ojan 14:f85cb5340cb8 810 }
ojan 15:d14d385d37e2 811
ojan 14:f85cb5340cb8 812 return false;
ojan 15:d14d385d37e2 813
ojan 14:f85cb5340cb8 814 }
ojan 14:f85cb5340cb8 815
ojan 23:79cdc1432160 816 /* ------------------------------ 割り込み関数 ------------------------------ */
ojan 23:79cdc1432160 817
ojan 20:00afba164688 818 /** データ取得＆更新関数
ojan 20:00afba164688 819 *
ojan 20:00afba164688 820 */
ojan 20:00afba164688 821 void DataUpdate()
ojan 15:d14d385d37e2 822 {
ojan 4:45dc5590abc0 823 // センサーの値を更新
ojan 4:45dc5590abc0 824 mpu.read();
ojan 4:45dc5590abc0 825 hmc.read();
ojan 15:d14d385d37e2 826
ojan 4:45dc5590abc0 827 for(int i=0; i<3; i++) {
ojan 4:45dc5590abc0 828 raw_acc.SetComp(i+1, (float)mpu.data.value.acc[i] * ACC_LSB_TO_G);
ojan 4:45dc5590abc0 829 raw_gyro.SetComp(i+1, (float)mpu.data.value.gyro[i] * GYRO_LSB_TO_DEG * DEG_TO_RAD);
ojan 4:45dc5590abc0 830 raw_geomag.SetComp(i+1, (float)hmc.data.value[i] * MAG_LSB_TO_GAUSS);
ojan 4:45dc5590abc0 831 }
ojan 15:d14d385d37e2 832
ojan 14:f85cb5340cb8 833 Vector delta_g = Cross(raw_gyro, raw_g); // Δg = ω × g
ojan 4:45dc5590abc0 834 raw_g = 0.9f * (raw_g - delta_g * dt) + 0.1f * raw_acc.Normalize(); // 相補フィルタ
ojan 4:45dc5590abc0 835 raw_g = raw_g.Normalize();
ojan 15:d14d385d37e2 836
ojan 4:45dc5590abc0 837 KalmanUpdate();
ojan 15:d14d385d37e2 838
ojan 4:45dc5590abc0 839 // LPS25Hによる気圧の取得は10Hz
ojan 4:45dc5590abc0 840 lps_cnt = (lps_cnt+1)%10;
ojan 4:45dc5590abc0 841 if(lps_cnt == 0) {
ojan 4:45dc5590abc0 842 raw_press = (float)lps.pressure() * PRES_LSB_TO_HPA;
ojan 24:8838be99cec3 843 raw_temp = TempLsbToDeg(lps.temperature());
ojan 4:45dc5590abc0 844 }
ojan 15:d14d385d37e2 845
ojan 24:8838be99cec3 846 if(INT_flag) {
ojan 4:45dc5590abc0 847 g = raw_g;
ojan 4:45dc5590abc0 848 for(int i=0; i<3; i++) {
ojan 11:083c8c9a5b84 849 geomag.SetComp(i+1, post_x1.GetComp(i+1));
ojan 4:45dc5590abc0 850 }
ojan 4:45dc5590abc0 851 acc = raw_acc;
ojan 4:45dc5590abc0 852 gyro = raw_gyro;
ojan 4:45dc5590abc0 853 press = raw_press;
ojan 23:79cdc1432160 854 temp = raw_temp;
ojan 15:d14d385d37e2 855
ojan 13:df1e8a650185 856 vrt_acc = raw_acc * raw_g;
ojan 15:d14d385d37e2 857
ojan 0:bc6f14fc60c7 858 }
ojan 3:5358a691a100 859 }
ojan 3:5358a691a100 860
ojan 14:f85cb5340cb8 861 /* ------------------------------ デバッグ用関数 ------------------------------ */
ojan 9:6d4578dcc1ed 862
ojan 15:d14d385d37e2 863 void toString(Matrix& m)
ojan 15:d14d385d37e2 864 {
ojan 15:d14d385d37e2 865
ojan 3:5358a691a100 866 for(int i=0; i<m.GetRow(); i++) {
ojan 3:5358a691a100 867 for(int j=0; j<m.GetCol(); j++) {
ojan 3:5358a691a100 868 pc.printf("%.6f\t", m.GetComp(i+1, j+1));
ojan 3:5358a691a100 869 }
ojan 3:5358a691a100 870 pc.printf("\r\n");
ojan 3:5358a691a100 871 }
ojan 15:d14d385d37e2 872
ojan 3:5358a691a100 873 }
ojan 3:5358a691a100 874
ojan 15:d14d385d37e2 875 void toString(Vector& v)
ojan 15:d14d385d37e2 876 {
ojan 15:d14d385d37e2 877
ojan 3:5358a691a100 878 for(int i=0; i<v.GetDim(); i++) {
ojan 3:5358a691a100 879 pc.printf("%.6f\t", v.GetComp(i+1));
ojan 3:5358a691a100 880 }
ojan 3:5358a691a100 881 pc.printf("\r\n");
ojan 15:d14d385d37e2 882
ojan 0:bc6f14fc60c7 883 }